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2023-02-16 08:04

DB-DFR大容器內(nèi)水沸騰放熱試驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

DB-DFR  大容器內(nèi)水沸騰放熱試驗(yàn)臺(tái)使用說(shuō)明書(shū)

液體沸騰時(shí)的傳熱是傳熱學(xué)科中的重要方面,特別是水的沸騰傳熱特性,不僅有其典型性,而且有更廣泛的實(shí)用意義。
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>
通過(guò)本試驗(yàn)觀察水在大容器內(nèi)沸騰的現(xiàn)象,建立起水泡狀沸騰的感性認(rèn)識(shí)。改變?cè)嚰臒嶝?fù)荷,同時(shí)測(cè)定加熱功率及表面溫度,即可控制大容器內(nèi)水泡沸騰區(qū)的沸騰曲線q~⊿t。
二、實(shí)驗(yàn)原理
大容器沸騰換熱系數(shù)a由下式定義:

本試驗(yàn)裝置所用的試件是不銹鋼管,放在飽和溫度狀態(tài)下的蒸餾水中。利用電流流過(guò)不銹鋼管對(duì)其加熱,可以認(rèn)為這樣就構(gòu)成了表面有恒定熱流密度的圓管。測(cè)定流過(guò)不銹鋼圓管的電流及其兩端的電壓降即可準(zhǔn)確地確定表面的熱流密度。表面溫度的變化直接反映出表面放熱系數(shù)的大小。
三、實(shí)驗(yàn)裝置及測(cè)量系統(tǒng)
圖1為試驗(yàn)設(shè)備的本體,其試件為不銹鋼薄壁管1。其兩端通過(guò)電極管3引入低壓直流大電流,將不銹鋼管加熱。管子放在盛有蒸餾水的玻璃容器4中,在飽和溫度下,調(diào)節(jié)電極管的電壓,可改變管子表面的熱負(fù)荷,能觀察到汽泡的形成,擴(kuò)大,躍離過(guò)程,泡狀核心隨著管子熱負(fù)荷提高而增加的現(xiàn)象。
管子的發(fā)熱量電流過(guò)它的電流及其工作段的電壓降來(lái)確定。為排除試件端部的影響,在a、b兩點(diǎn)測(cè)量工作段的電壓降,以確定通過(guò)a、b之間表面的散熱量Q。試件外壁溫度t2,很難直接測(cè)定,對(duì)不銹鋼管試件,可利用插入管內(nèi)的銅——康銅熱電偶2測(cè)出管內(nèi)壁溫度t1,再通過(guò)計(jì)算求出t2。

 


不銹鋼試件;2. 熱電偶;3. 電極管;4. 玻璃容器;
圖1 大容器內(nèi)水沸騰放熱試件本體
要達(dá)到上述基本要求,整個(gè)試驗(yàn)裝置見(jiàn)圖2
加在管子兩端的直流低壓大電流由硅整流器2供給,改變硅整流器的電壓可調(diào)節(jié)鋼管兩端的電壓及流過(guò)的電流,測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)電阻3兩端的電壓降可確定流過(guò)銅管1的工作電源。

 
1、試件本體2、硅整流器3、標(biāo)準(zhǔn)電阻4、分壓箱5、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)6、電砬差計(jì)
7、熱電偶熱端8、熱電偶冷端9、輔助電熱器10、冷卻管
圖2大容器內(nèi)水沸騰放熱試驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖
本試驗(yàn)臺(tái)中為方便起見(jiàn),省略了冰瓶,測(cè)量管內(nèi)壁溫的熱電偶的參考點(diǎn)溫度不是攝氏零度,而是容器內(nèi)水的飽和溫度ts,即其熱端7放在管子內(nèi),冷端3放在蒸餾水中,所以熱電偶反映的是管內(nèi)壁溫度與容器內(nèi)水溫之差的熱電勢(shì)輸出E(t1,t2)容器內(nèi)水溫ts用水銀溫度計(jì)測(cè)量。為了能用一臺(tái)電位差計(jì)6同時(shí)測(cè)定管內(nèi)壁熱電偶的毫伏值,試件ab間電壓降及標(biāo)準(zhǔn)電阻的電壓降,裝有一轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)5。在測(cè)量試件ab間電壓降時(shí),由于電位差計(jì)量程不夠,故在電路中接入一臺(tái)分壓箱4。為使蒸餾水達(dá)到飽和溫度,試驗(yàn)研究用輔助電熱器將水加熱到沸,并保持其沸騰狀態(tài),即可進(jìn)行試驗(yàn)。
表1試件的幾何參數(shù)

參數(shù) 單位 試件號(hào)
    1      
管子內(nèi)半徑 mm 2.2      
管子外半徑 mm 3      
管子壁厚δ mm 0.4      
工作段ab間長(zhǎng)度L m 0.1      
工作段外表面積F=2prL        
℃/W        
作泡狀沸騰換熱試驗(yàn)時(shí),選用其中任何一種直徑的不銹鋼管皆可。
四、實(shí)驗(yàn)步驟
1、準(zhǔn)備與啟動(dòng)。按圖2將試驗(yàn)裝置測(cè)量線路接好,調(diào)整電位差計(jì),使其處于工作狀態(tài)。玻璃容器內(nèi)充滿(mǎn)蒸餾水至4/5高度。接通輔助電熱器,將蒸餾水燒開(kāi),并維持其沸騰溫度。啟動(dòng)硅整流器,逐漸加大工作電流。
2、觀察大容器內(nèi)水沸騰的現(xiàn)象。
緩慢地加大管子的工作電流,注意觀察下列的沸騰現(xiàn)象,在鋼管的某些固定點(diǎn)上逐漸形成汽泡,并不斷擴(kuò)大,達(dá)到一定大小后, 汽泡躍離管壁,漸漸上升,最后離開(kāi)水面。產(chǎn)生汽泡的固定點(diǎn)稱(chēng)為汽化核心。汽泡躍離后,又有新的汽泡在該汽化核心產(chǎn)生。如此周而復(fù)始,有一定的周期。隨管子工作電流增加,熱負(fù)荷增大,管壁上汽化核心的數(shù)目增加,汽泡躍離的頻率也相應(yīng)加大。如熱負(fù)荷增大至一定程度后,能產(chǎn)生的汽泡就會(huì)在管壁逐漸形成連續(xù)的汽膜,就由液態(tài)沸騰向膜態(tài)沸騰過(guò)渡。此時(shí)壁溫會(huì)迅速升高,以至將管子燒毀。(因此,試驗(yàn)中工作電流水允許過(guò)高,以防出現(xiàn)膜態(tài)沸騰。)
3、測(cè)定放熱系數(shù)a
為了確定放熱系數(shù)a,需要測(cè)定下列參數(shù)
(1)容器內(nèi)水的飽和溫度t3, ℃;
(2)標(biāo)準(zhǔn)電阻兩端電壓降,V1,    mV;
(3)管子工作段ab間的電壓降V,    V;
(4)反映管內(nèi)壁溫度與容器內(nèi)水溫之差的熱電勢(shì)輸出E
為了測(cè)定不同熱負(fù)荷下放熱系數(shù)a的變化,工作電流在30——   安培范圍內(nèi)改變,共7~8個(gè)工況。每改變一個(gè)工況,待穩(wěn)定后記錄上列數(shù)據(jù)。
4、試驗(yàn)結(jié)束前先將硅整流器旋至零值,然后切斷電源。
5、必要時(shí)可調(diào)換不同直徑的不銹鋼管子,進(jìn)行上述試驗(yàn)。
五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算和整理
1、電流流過(guò)試驗(yàn)管,在工作段AB間的發(fā)熱量Qw
QwI×V    W
式中:V —— 工作段ab間電壓降,    V
I —— 流過(guò)試件的電流,   A
電流由它流過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電阻3產(chǎn)生的電壓降V1來(lái)計(jì)算。因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)電阻為150A/75mv,所以測(cè)得標(biāo)準(zhǔn)電阻3上每1mv電壓降,等于有2A的電流流過(guò),即
Im2×V1      A
電壓降由下式求得:
V=T×V1×10-³
其中:T —— 分壓箱倍率,T=201
V1 —— 試件ab間的電壓經(jīng)分壓箱后測(cè)得的值,mV
2、試件表面熱負(fù)荷q
q=Q/F   W/
式中:F —— 工作段ab間的表面積,㎡
3、管子外表面溫度t2的計(jì)算
試件為圓管時(shí),按有內(nèi)熱源的長(zhǎng)圓管,其管外表面為對(duì)流放熱條件,管內(nèi)壁面絕熱時(shí),根據(jù)管壁溫度可以計(jì)算外壁溫度:

4、泡態(tài)沸騰時(shí)放熱系數(shù)a
在穩(wěn)定情況下,電流流過(guò)試驗(yàn)管發(fā)生的熱量,全部通過(guò)外表面由水沸騰放熱而帶走。
a=Q/F⊿t=q/(t2-t1)   W/m³K
 
六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求及注意事項(xiàng)
實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求
1、在方格紙上,以q為縱座標(biāo)、⊿t為橫座標(biāo)將各試驗(yàn)點(diǎn)繪出,并連成曲線。
2、將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與邏遜瑙整理推薦的泡態(tài)沸騰熱負(fù)荷q與溫差⊿t的關(guān)系式。
進(jìn)行比較,分析討論系數(shù)Cpt變化帶來(lái)的影響。
3、在方格紙上繪制a~⊿t曲線。
注意事項(xiàng)
1、預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)報(bào)告,了解整個(gè)試驗(yàn)裝置各個(gè)部件,并熟悉儀表的使用,特別是電位差計(jì),必須按操作步驟使用,以免損壞儀器。
2、為確保試驗(yàn)管不致燒毀,硅整流器的工作電流不得超過(guò) 100A,以防試驗(yàn)管及硅整流器損壞。
表2實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄及參數(shù)計(jì)算

項(xiàng)目
序號(hào)
參數(shù) 符號(hào)及計(jì)算公式      工況
單位
1 2 3 4 5 6 7 8
1 沸騰水飽和溫度                  
2 管內(nèi)壁溫與水溫之差的熱電勢(shì)輸出 E(t1,t2) mV                
3 試件ab間電壓經(jīng)分壓后測(cè)得的值 V2 mV                
4 標(biāo)準(zhǔn)電阻兩端電壓降 V1 mV                
5 管內(nèi)壁溫度 t1                
6 管子ab間電壓降 V=T×V2×10 V                
7 管子工作電流 I=2×V1 A                
8 管子放熱量 Q=V×I W                
9 管子外壁溫度 t2= t1-Q                
10 管子表面熱負(fù)荷 q=Q/F W/㎡                
11 沸騰放熱溫差 ⊿t=                
12 水沸騰放熱系數(shù) a=Q/ F⊿t W/㎡℃                
所用實(shí)驗(yàn)管號(hào)
試驗(yàn)管直徑:D2=                                系數(shù):
工作段長(zhǎng)度L=                                   最大允許工作電流
工作段一表面積F=